අමුද්‍රව්‍ය – යපස් , හුණුගල් ,කෝක්, වාතය
ක්‍රමය
- මෙම ද්‍රව්‍ය භාවිතා කර යකඩ නිස්සාරණය සදහා යොදා ගන්නා උදුන “ධාරා ඌෂ්මකය” ලෙස හදුන්වයි. ඉහළ උෂ්ණත්වයට ඔරොත්තු දෙන ගඩොලළු විශේෂයකින් ධාරා ඌෂ්මකයේ ඇතුළත ආස්තරණය කර ඇත. ධාරා ඌෂ්මකයේ ඉහළින් වූ දොරටුව හරහා යපස්, හුනුගල් හා කෝක් මිශ්‍රණය එක් කරයි. ධාරා ඌෂ්මකයේ පහළින් වාතය සපයනු ලබයි. ධාරා ඌෂ්මකයේ පහළින් ම ද්‍රව යකඩ ඉවත් වේ. ඉහළින් අපවායු නිදහස් වේ. ද්‍රව යකඩ ඉවත් වන මට්ටමට තරමක් ඉහළින් ලෝ බොර ඉවත් වේ.
- යපස් වාතයේ කර කරනු ලැබේ. එවිට සියලුම යකඩ සංයෝග Fe2O3 බවට පත් වේ. මෙහිදි යපස් වල ඇති නයිට්‍රජන්, පොස්පරස්, ආසනික් වැනි අපද්‍රව්‍ය ඔක්සයිඩ ලෙස ඉවත් වි යයි .
- නමුත් අපද්‍රව්‍ය ලෙස ඇති සිලිකා හා ඇලුමිනා ඉවත් නොවේ.
- වාතයේ කර කරන ලද යපස් සහ හුණුගල් සහ කෝක් වල මිශ්‍රණය ධාරා ඌෂ්මකයේ ඉහල සිට පහලට යවනු ලැබේ.එනම් ධාරා ඌෂ්මකය තුළ ගුරුත්වාකර්ෂණය යටතේ ඉහළ සිට පහළට ස්කන්ධ ප්‍රවාහනයක් සිදු වේ
- ඒ සමගම 20000C පමණ රත් කල සම්පීඩිත වාතය පහල සිට ඉහලට යවනු ලැබේ.
- ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශාව ඔස්සේ ද්‍රව පරිවහනය( පහළ සිට ඉහළට හා ඉහළ සිට පහළට ) වන නිසා ඝන කලාපය හා වායු කලාපය අතර ප්‍රතික්‍රියා සිදු වීමට ඇති හැකියාව වැඩි වී තිබේ. මෙය උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමණයක් පවත්වා ගැනීමටද හේතු වී ඇත.
ධාරා ඌෂ්මකය
මෙහිදි පහත පියවරයන් සිදු වේ.
- කෝක් දහනය වි CO2 සාදයි.
{\mathrm C}_{(\mathrm s)}\;+\;{\mathrm O}_{2(\mathrm g)}\;\;\;\rightarrow\;\;{\mathrm{CO}}_{2(\mathrm g)}\;+\;\mathrm{තාපය}\;\;\;\;\triangle\mathrm H\;=\;-393.5\mathrm{kJ}\dots\dots\dots\;(1)
- එමෙන්ම හුණුගල් වියොජනය වි CO2 සාදයි.
{\mathrm{CaCO}}_{3(\mathrm s)}\;\;\;\xrightarrow{898^\circ\mathrm C}\;\;{\mathrm{CaO}}_{(\mathrm s)}\;+\;{\mathrm{CO}}_{2(\mathrm g)}-----------(2)
- ඉහත ආකාර දෙකෙන්ම CO2 සැදේ. එසේ සැදෙන CO2 වායුව කෝක් සමග ප්‍රතික්‍රියා කර CO සාදයි.
{\mathrm{CO}}_{2(\mathrm g)}\;+\;{\mathrm C}_{(\mathrm s)}\;\;\;\rightarrow\;\;2{\mathrm{CO}}_{(\mathrm g)}\;\;\triangle\mathrm H\;=172.5\mathrm{KJ}\;---------(3)
- CO ඉතා හොද ඔක්සිහාරකයෙකි. එමනිසා පහත ලෙස පියවර කිපයකින්ම යකඩ වල ඔක්සයිඩ යකඩ බවට පත් වේ.
- ධාරා ඌෂ්මකයේ ඉහල සීමාවේ පහත ප්‍රතික්‍රියා සිදුවේ.
3{\mathrm{Fe}}_2{\mathrm O}_{3(\mathrm s)}\;+\;{\mathrm{CO}}_{(\mathrm g)}\;\;\;\rightarrow\;\;2{\mathrm{Fe}}_3{\mathrm O}_{4(\mathrm g)}\;+\;{\mathrm{CO}}_{2(\mathrm g)}--------(4)
{\mathrm{Fe}}_3{{\mathrm O}_4}_{(\mathrm s)}\;\;+\;{\mathrm{CO}}_{(\mathrm g)}\;\;\;\rightarrow\;\;3{\mathrm{FeO}}_{(\mathrm g)}\;\;+\;{\mathrm{CO}}_{2(\mathrm g)}--------(5)
- ධාරා ඌෂ්මකයේ මධ්‍යම සීමාවේ පහත ප්‍රතික්‍රියා සිදුවේ.
{\mathrm{FeO}}_{(\mathrm g)}+\;{\mathrm{CO}}_{(\mathrm g)}\;\;\;\rightarrow\;\;{\mathrm{Fe}}_{(\mathrm s)}\;\;\;+\;{\mathrm{CO}}_{2(\mathrm g)}--------(6)
- මිට අමතරව පහත ඔක්සිකරනය ප්‍රතික්‍රියා ද ධාරා ඌෂ්මකයේ සිදු වේ.
\begin{array}{l}{\mathrm{Fe}}_2{\mathrm O}_{3(\mathrm s)}\;+\;3{\mathrm{CO}}_{(\mathrm g)}\;\rightarrow\;2{\mathrm{Fe}}_3{\mathrm O}_{4(\mathrm g)}\;+\;{\mathrm{CO}}_{2(\mathrm g)}--------(7)\\\\{\mathrm{FeO}}_{(\mathrm s)}\;+\;{\mathrm C}_{(\mathrm s)}\;\;\;\rightarrow\;\;{\mathrm{Fe}}_{(\mathrm l)}\;+\;{\mathrm{CO}}_{(\mathrm g)}----(8)\\\\2{\mathrm{FeO}}_{(\mathrm g)}\;+\;{\mathrm C}_{(\mathrm s)}\;\;\;\rightarrow\;\;2{\mathrm{Fe}}_{(\mathrm s)}\;+\;{\mathrm{CO}}_{2(\mathrm g)}\;----------(9)\end{array}
- සැදෙන ද්‍රව යකඩ ඌෂ්මකයේ පතුලේ තැන්පත් වේ. යකඩ වල අපද්‍රව්‍ය ලෙස තිබු ඇලුමිනා ( Al2O3), සිලිකා ( SiO2), හුණුගල් වියොජනය ලැබුණු CaO සමග ප්‍රතික්‍රියා කර ලෝ බොර සාදයි.
\begin{array}{l}{\mathrm{CaO}}_{(\mathrm s)}\;+\;{\mathrm{SiO}}_{2(\mathrm s)}\;\;\rightarrow\;\;\;{\mathrm{CaSiO}}_{3(\mathrm S)}--------(10)\\\\{\mathrm{CaO}}_{(\mathrm s)}\;+\;{\mathrm{Al}}_2{\mathrm O}_{3(\mathrm s)}\;\;\rightarrow\;\;\mathrm{Ca}(\mathrm{AlO}2)_{2(\mathrm s)}\;-------(11)\end{array}
ලෙස ලෝ බොර සෑදේ.
- එම ලෝ බොර වල ඝනත්වය ද්‍රව යකඩ වලට වඩා අඩු බැවින් යකඩ මත පාවේ. එම නිසා පහසුවෙන් ඉවත් කල හැක.
- ධාරා ඌෂ්මකයේ පහලින්ම ද්‍රව යකඩ ඉවතට ගැනේ. මේවා අමු යකඩ ලෙස හැදින්වේ. 3% පමණ මෙහි C අන්තර්ගතව ඇත.
- දහනයේදී සෑදෙන උණුසුම් CO2 වායුව ලෝපස් තුළින් ඉහළට ගමන් කරයි. ඉහළ උෂ්ණත්වයේදී කෝක්(C) සමග CO2 ප්‍රතිවර්තිව ප්‍රතික්‍රියා කරමින් CO සාදයි.
{\mathrm{CO}}_{2(\mathrm g)}\;\;+\;{\mathrm C}_{(\mathrm s)}\;\;\;\rightleftharpoons\;\;{\mathrm{CO}}_{(\mathrm g)}\;
වායුමය අණු ගණන වැඩි වේ. එමනිසා එන්ට්‍රොපිය වැඩි වේ.
- මේ ප්‍රතික්‍රියාව සදහා ∆S ධන අගයකි. (176.5J) උෂ්ණත්වය වැඩි වන විට T∆S හි සංඛ්‍යාත්මක අගයේ විශාලත්වය වැඩි වේ. එබැවින් කෝක් (C) හමුවේ ඉහළ උෂ්ණත්වයේදී CO2 වායුව CO බවට ඔක්සිහරණය වීමේ ප්‍රවණතාවයක් ඇත.
- ඉහළ උෂ්ණත්ව තත්ව යටතේ CO වායුව තාපගතිකව ස්ථායි යැයි කිව හැකිය. උෂ්ණත්වය 1000°C දී පමණ වන විටදී CO2 ප්‍රමාණය 100% පමණ CO බවට පරිවර්ත්නය වේ.
{\mathrm O}_{2(\mathrm g)}\;\;+\;{\mathrm C}_{(\mathrm s)}\;\;\;\rightarrow\;\;{{\mathrm{CO}}_2}_{(\mathrm g)}\;+\;\mathrm{තාපය}\;-------(1)
වායු අණු ගණන් වෙනස් නොවේ.
සැළකිය යුතු එන්ට්‍රොපි වෙනසක් නැත. තාපදායකය.
{\mathrm O}_{2(\mathrm g)}\;\;\;+\;2{\mathrm C}_{(\mathrm s)}\;\;\rightarrow\;\;2{\mathrm{CO}}_{(\mathrm g)}\;+\;\mathrm{තාපය}\;-------(2)\;
වායු අණු ගණන වැඩි වේ.
එන්ට්‍රොපිය වැඩි වේ, තාපදායකය
\triangle\mathrm G\;=\;\triangle\mathrm H-\;\mathrm T\triangle\mathrm S\;
- ප්‍රතික්‍රියා දෙකම තාපදායක නිසා ∆H හි අගය ඍණ වේ. උෂ්ණත්වය වඩි වන විටදී T∆S හි අගය අගය කැපී පෙනෙන වැඩි වීමක් ඇත්තේ 2 වන ප්‍රතික්‍රියාව සදහාය. උෂ්ණත්වය සමඟ ∆G හි ඍණ ස්වාභාවය කැපී පෙනෙන වැඩි වීමක් 2 වන ප්‍රතක්‍රියාව සදහා අපේක්ෂිතය. උෂ්ණත්වය අඩු වන විටදී CO හි තාපගතික ස්ථායිතාවය අඩු වේ. CO2 හි තාපගතික ස්ථායිතාවය වැඩි වේ.
- ධාරා ඌෂ්මකයෙ පාදස්ථ ප්‍රදේශයේ උෂ්ණත්වය 1700°C තරම් ඉහළ බැවින් සැදෙන CO2 වායුව කෝක් ලෝපස් මිශ්‍රණයේ වු රක්ත තප්ත වු කෝක් අංශු සමග ගැටෙන විට දි තාප ජනනය කරමින් CO සෑදේ.
- ධාරා ඌෂ්මකයෙ ඉහළ උෂ්ණත්වයක ඇති පහළ ප්‍රදේෂයේදී ඇති වු CO වායුව ලෝපස් සහිත මිශ්‍රණය හරහා ඉහළට යන විට උෂ්ණත්වය අඩු වන අතර CO හි ස්තායිතාවය අඩු වන නිසා CO වායුව CO2 වීමේ නැඹුරුතාවය වැඩි වේ.
- ධාරා ඌෂ්මකය තුල කෝක් දහනය වන ප්‍රදේශයෙන් ඉහල ප්‍රදේශයේ වායුව නැති හෙයින් Fe2O3 ඔක්සිහරණය කරමින් CO වායුව CO2 තෙක් ඔක්සිකරණය වේ. එහි ප්‍රතිඵලය ලෙසට Fe2O3 ක්‍රමානුකූලව ඔක්සිහරණය වේ.
යකඩ නිස්සාරණයේ රසායනික මුලධර්ම
- හුණු ගල් කුඩා කැබලි බවට පත් කර භාවිතා කිරිම මගින් එහි වියෝජනය සම්පුර්ණ කරගත හැක.
- යපස් කුඩා කැබලි බවට පත් කර භාවිතා කිරිම මගින් ප්‍රතික්‍රියා වේගය වැඩි කරගත හැක.
- ධාරා ඌෂ්මකයේ පහලින් රත් වූ වාතය එමගින් යපස්, හුණුගල්, කෝක් මිශ්‍රණය පහලට ගලා ඒමේ වේගය අඩු වේ. එමගින් ප්‍රතික්‍රියාව සම්පුර්ණ විමට අවශ්‍ය කාලය ලැබේ.
- හුණු ගල් භාවිතා කිරිම මගින් වාසි 2 ලැබේ. හුණු ගල් වියෝජනය ලැබෙන CO2 කෝක් සමග ප්‍රතික්‍රියා කර CO සෑදේ. එය ඉතා හොද ඔක්සිකාරකයෙකි. හුණුගල් වියෝජනයෙන් ලැබෙන CaO යකඩ වල අපද්‍රව්‍ය ලෙස ඇති සිලිකා හා ඇලුමිනා ප්‍රතික්‍රියා කර ලෝ බොර සෑදේ. මේවා ද්‍රව යකඩ මත පාවෙන නිසා පහසුවෙන් ඉවත් කල හැක.
- කෝක් භාවිතය,-කෝක් සමග CO2 ප්‍රතික්‍රියා කර CO සාදයි. මෙය ඉතා හොද ඔක්සිහාරකයෙකි. කෝක් දහනයෙදි විශාල තාප ප්‍රමාණයක් මුක්ත කරන නිසා ධාරා ඌෂ්මකයේ උෂ්ණත්වය 20000C පවත්වා ගනි.
යකඩ නිස්සාරණයේ අහිතකර බලපැම්
- CO2 වායු ගෝලයට විමෝචනය විම ගෝලිය උණුසුමට හේතු වේ.
- CO2 විමෝචනය විම නිසා ජිවීන් තුළ ශ්වසන අපහසුතා ඇති වේ.
- හුණුගල් යපස් ඉවත් කිරිම නිසා පාංශු ඛාදනය වැඩි වේ. එමෙන්ම ලෝ බොර පසට එකතු විම නිසා පස දුෂණය වේ.
- විශාල තාප ප්‍රමාණයක් පිට විම නිසා පරිසර උෂ්ණත්වය වැඩි වේ.
- යපස් වල අඩංගු සල්ෆර් අඩංගු අපද්‍රව්‍ය දහනයෙන් SO2 මුක්ත වේ. එය අම්ල වැසි වලට හේතු වේ.
ධාරා ඌෂ්මකය තුල 10000C අඩු උෂ්ණත්වයක සිදුවන ප්‍රතික්‍රියා
3{\mathrm{Fe}}_2{\mathrm O}_{3(\mathrm s)}\;+\;{\mathrm{CO}}_{(\mathrm g)}\;\;\rightarrow\;\;2{\mathrm{Fe}}_3{\mathrm O}_{4(\mathrm s)}\;+\;{\mathrm{CO}}_{2(\;\mathrm g)}
- Fe3O4 යනු FeO හා Fe2O3 හි මිශ්‍රණයක් (ෆෙරිසෝෆෙරික්)ය.Fe2O3 හි +3 ඔක්සිකරණ අවස්‍ථාවේ වූ යකඩ ප්‍රමාණයෙන් 33% පමණ +2 තෙක් ඔක්සිහරණය වී ඇත.
\begin{array}{l}2{\mathrm{Fe}}_3{\mathrm O}_{4(\mathrm g)}\;+\;2{\mathrm{CO}}_{(\mathrm g)}\;\;\rightarrow\;\;6{\mathrm{FeO}}_{(\mathrm s)}\;+\;2{\mathrm{CO}}_{2(\mathrm g)}\\\mathrm{හෝ}\;({\mathrm{Fe}}_3{\mathrm O}_{4(\mathrm g)}\;+\;\;{\mathrm{CO}}_{(\mathrm g)}\;\rightarrow\;3{\mathrm{FeO}}_{(\mathrm s)}\;+\;{\mathrm{CO}}_{2(\mathrm g)})\\\\{\mathrm{FeO}}_{(\mathrm s)}+\;{\mathrm{CO}}_{(\mathrm g)}\;\;\rightarrow\;\;{\mathrm{Fe}}_{(\mathrm s)}+\;{\mathrm{CO}}_{2(\mathrm g)}\\\\\\\\\end{array}
ධාරා ඌශ්මකය තුල 10000C වැඩි උශ්නත්වයක සිදුවන ප්‍රතික්‍රියා
\begin{array}{l}2{\mathrm{FeO}}_{(\mathrm s)}\;+\;{\mathrm{CO}}_{(\mathrm g)}\;\;\rightarrow\;\;2{\mathrm{Fe}}_3{\mathrm O}_{4(\mathrm g)}\;+\;{\mathrm{CO}}_{2(\mathrm g)}\\\\{\mathrm{CO}}_{2(\mathrm g)}\;+\;{\mathrm C}_{(\mathrm s)}\;\;\rightarrow\;2{\mathrm{CO}}_{(\mathrm g)}\\\\{\mathrm{CaO}}_{(\mathrm s)}\;+\;{\mathrm{SiO}}_{2(\mathrm s)}\;\;\rightarrow\;{\mathrm{CaSiO}}_{3(\mathrm s)}\;\;\;\;(\mathrm{ලෝ}\;\mathrm{බොර}\;)\\\\{\mathrm{CaO}}_{(\mathrm s)}\;+\;{\mathrm{Al}}_2{\mathrm O}_{3(\mathrm s)}\;\;\rightarrow\;\mathrm{Ca}({\mathrm{AlO}}_2)_{2(\mathrm s)}\;\;(\mathrm{ලෝ}\;\mathrm{බොර}\;)\\\\\\\\\\\end{array}
ඉදිරියේදී ප්‍රශ්න ඇතුලත් වන්නේ මෙතනටයි.
